自動上料機械手設計和實現(xiàn) 電氣工程專業(yè)

自動上料機械手設計摘要隨著社會的不斷進步，科技水平的不斷發(fā)展，人們對時間的需求越來越大，所以在大規(guī)模的制造業(yè)中，通過人力來進行產(chǎn)品的生產(chǎn)，已經(jīng)不足以支撐企業(yè)運轉(zhuǎn)了，所以為了提高工作效率，同時也為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，必須盡快實現(xiàn)機械自動化，這樣一來，生產(chǎn)過程能不能自動化，已經(jīng)成為了當前需要關注的首要問題。隨著人力勞動的減少，工業(yè)機器人代替其站在了自動化生產(chǎn)線上，并且已經(jīng)受到了多個企業(yè)的認可與采用。我們可以看出，在進行工業(yè)機器人的制造時，技術水平以及機器人成功后的應用頻率，和國家工業(yè)自動化水平的高低，呈正相關趨勢。在一些高溫、高壓等人類無法工作的特殊環(huán)境下，工業(yè)機器人就發(fā)揮了自己的作用，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，替人類克服那些在特殊環(huán)境下，無法完成的困難，同時解放人類的雙手，進一步提高勞動生產(chǎn)率?，F(xiàn)階段，工業(yè)機器人主要負責的工作是，像噴繪、焊接、搬運這樣要么重復性強，要么工作難度高的工作，并且在進行工作以前，還需要操作人員進行示教。此次本文設計的機器人類型，是一個三自由度工業(yè)機器人，它的功能主要是可以運輸物料，它的總設計，主要有以下四部分構成：一、總體設計；二、工業(yè)機械手怎樣組成，及有哪些應用；三、對機械手的液壓系統(tǒng)進行設計；四、對機械手的控制系統(tǒng)進行設計。其中我們在驅(qū)動系統(tǒng)中機械手的驅(qū)動，為了保證定位的精準，同時保證操作簡單，整體流程不復雜，便于控制，選用了液壓缸來進行操作。筆者對控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)也進行了分析計算，為了對機械手裝置的控制系統(tǒng)，進行深化設計，我們這次采用了PLC為核心。使控制系統(tǒng)通過PLC進行控制，這與現(xiàn)如今工業(yè)控制系統(tǒng)設計的大方向不謀而合。并且，硬件電路與機械手控制程序的設計，必須以工藝流程以及總體設計要求，已經(jīng)分析完成的基點上進行。關鍵詞：工業(yè)機器人；控制系統(tǒng)；計算機輔助；專用設備

AbstractWiththecontinuousprogressofthesocietyandthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologylevel,peopledemandmoreandmoretime,soinlarge-scalemanufacturing,theproductionofproductsbymanpowerhasbeeninsufficienttosupporttheoperationoftheenterprise,inordertoimproveworkefficiency,andensurethequalityoftheproduct,theenterprisemustrealizemechanicalautomationassoonaspossible,andithasbecometheprimaryproblemthatneedstobefocusedatthemoment.Withthedecreaseofhumanlabor,industrialrobotshavereplacedthemontheautomaticproductionlines,andhavebeenrecognizedandadoptedbymanyenterprises.Wecanseethatthenationalindustrialautomationlevelhasadirectimpactonmanufacturingtechnologylevelandapplieddegreeoftheindustrialrobot,Insomespecialenvironments,suchashightemperatureandhighpressure,whichpeoplecannotwork,industrialrobotshaveplayedarole,inthecaseofensuringthequalityofproducts,itcanhelphumanbeingsovercomethedifficultiesthatcannotbeaccomplishedunderspecialcircumstances,andatthesametimefreetheirhandstofurtherimprovelaborproductivity.Atthepresentstage,industrialrobotsaremainlyresponsiblefortaskssuchaspainting,weldingandhandling,whichareeitherhighlyrepetitiveordifficulttowork,andworkinthewayofdemonstrationandteachingreproduction.Inthispaper,athree-degree-of-freedomindustrialrobotisdesigned.Itsmainfunctionistotransportmaterials.Itsoveralldesignismadeupofthefollowingfourparts:thefirstistheoveralldesign;thesecondisthecompositionandapplicationofindustrialmanipulator;thethirdistodesignthemanipulatorhydraulicsystem;andthelastoneistodesignthecontrolsystem.Wedriveofthemanipulatorinthedrivesystem,inordertoguaranteetheprecisionofpositioning,atthesametimetoensuretheoperationissimple,theoverallprocessisnotcomplicated,andeasytocontrol,soselectingforthehydrauliccylindertooperate.Theauthoralsoanalyzedandcalculatedthecontrolsystemandthehydraulicsystem,inordertofurtherdesignthecontrolsystemofthemanipulator,PLCisthecore.ThecontrolsystemiscontrolledbyPLC,whichcoincideswiththegeneraldirectionofdesigningindustrialcontrolsystem.Moreover,thedesignofhardwarecircuitandmanipulatorcontrolprogramiscarriedoutonthebasisofprocessflowanddesignrequirementsofthemanipulator.Keywords:industrialmachinery;hydraulicsystem;computer-assisted;dedicateddevice目錄摘要 分別為兩個泵的流量。3.2.2工作壓力的計算工作壓力主要作用于伸縮夾緊缸，所以想要知道溢流閥的調(diào)定壓力，就必須先對工作壓力進行計算，然后在此基礎上進行基數(shù)的增加。由（3-4）我們可計算出工作壓力：QUOTE（3-4）QUOTEQUOTEQUOTE液壓缸的額定壓力——QUOTE預設溢流閥的調(diào)定壓力——QUOTE。

4控制系統(tǒng)的設計4.1概述控制系統(tǒng)可以說是機械手的半個生命，占據(jù)著重要地位，它可以調(diào)控機械手的運動工作和協(xié)調(diào)動作。其中，動作軌跡，時間間隔，動作的循環(huán)順序等，共同構成了控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容。機械手的控制方法各式各樣，我們大致可以列出有以下四種：（1）繼電器－接觸器控制系統(tǒng)按鈕開關、行程開關、繼電器和接觸器這四部分，共同組成了繼電器－接觸器控制系統(tǒng)。繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的工作原理和結構都很簡單，容易操作，且方便后期的維修處理，并且成本低。但是它的缺點也十分明顯，例如：系統(tǒng)功能有限、無法進行連續(xù)的輪廓控制，工作程序變更困難。除此之外，它服務不了工作程序多、自動化要求高的設備，所以一般情況下，只有自動化程度不高的通用機床，才對其進行使用。（2）計算機控制系統(tǒng)通過計算機進行控制的機械手，不僅可以解決因運動軌跡復雜，不好操作的問題，更可以進行精準定位，但是使用計算機控制，成本要遠遠高于其他控制系統(tǒng)，并且我們當前的技術不足以完善計算機控制系統(tǒng)，會導致很多功能無法進行運行，并且計算機控制系統(tǒng)不能在惡劣的環(huán)境下進行工作，相對利用起來，沒有那么方便。（3）單片機控制系統(tǒng)說到單片機，其實它的控制功能，和繼電器－接觸器控制功能基礎上，增加了對高難度動作的控制，且性價比較高。單片機作為一種大眾化控制系統(tǒng)，確實優(yōu)于其他系統(tǒng)，但是它的通用性不強，操作起來也比較麻煩，不太適合于在工廠進行使用。（4）可編程控制器（PLC）控制系統(tǒng)雖然可編程控制器的普及率，和應用范圍，趕不上單片機，但是它們在工業(yè)領域的控制作用，大致相同。可編程控制器可以代替繼電器－接觸器控制系統(tǒng)。所以在進行工作的時候，它不需要進行數(shù)據(jù)的運算。并且它的操作原理和代替繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的操作原理相差無幾，容易上手。機械手所需要控制的參數(shù)參考圖五：（圖五）此次設計，筆者采用液壓、電氣聯(lián)合控制模式。其中，各部位動作的力和速度由液壓控制；電氣負責控制各部位動作的順序。4.2梯形圖以及程序的編制4.2.1動作的順序與控制通過液壓系統(tǒng)圖，我們可以了解到，壓力繼電器只控制升起動作，其他動作都由行程開關進行控制，對于動作順序，在第二章，筆者有進行詳細的介紹。筆者以電控原理圖為基點，由X400～X407輸入壓力繼電器及行程開關，Y430～Y435輸出各電磁鐵，以此來完成對梯形圖的編制。4.2.2梯形圖的編制我們要著重分析一下系統(tǒng)的特殊點（進行編制之前）。首先就是啟動問題，在每一次啟動的時候，都必須結束上一次動作過程，否則機械手很容易因為上一次動作的結束點不是終點，而不能回到初始位置，引發(fā)機器故障，為了杜絕此類事件，筆者在進行Y430～Y435的輸出控制時，采用了M300～M305的六個保持繼電器。這樣一來再次啟動使，如果上一次動作未完成，機械手會首先完成上一次動作，在進行下一輪動作的運行。其次，我們應該注意時間繼電器的問題，通常我們都從機器開始運行，進行計時，但是如果有上一次動作未完成的情況，就會出現(xiàn)計時不準的情況，所以為了消滅這樣的誤差情況，我們給計時器添加了各個動作的長閉開關后再自鎖功能。受機械手動作特殊性的限制，在機械手進行運動的時候，兩個動作同時進行很容易引發(fā)事故，所以在機械手作業(yè)的時候，是不允許兩個動作同時進行運行的，所以為了保證每個機器的獨立性，給機器增加互鎖裝置圖8為程序的梯形圖：點動、停止計時點動、停止計時伸長、夾緊升起旋轉(zhuǎn)松開、收回降落回轉(zhuǎn)圖8梯形圖我們根據(jù)對照電控原理圖來進行對圖8分析。動作開始結束——從沒有動作開始——伸長夾緊動作一個循環(huán)的初始SQ即X403帶電升起動作SQ即X403帶電ST2即X404帶電旋轉(zhuǎn)動作ST2即X404帶電ST3即X405帶電松開收回動作ST3即X405帶電ST4即X406帶電降落動作ST4即X406帶電ST5即X407帶電回轉(zhuǎn)動作ST5即X407帶電ST1即X402帶電注：計時器的信號輸出間隔為20s，需要有自鎖功能，從一個動作也沒有開始一個循環(huán)。

4.2.3PLC程序的編制程序編制在梯形圖編制之后指令語程序（表1），根據(jù)梯形圖（圖8）進行編寫表11PLC程序續(xù)表可以通過輸入程序在PLC中，進行液壓系統(tǒng)對機械手的控制。并且可以隨時更換程序，以應對在進行工作時出現(xiàn)的操作錯誤。

結論綜上所述，我們可以得出：（1）采用液壓系統(tǒng)進行傳動，主要有以下幾點優(yōu)點：一、進行科研進行靈活反應，并且作業(yè)時動作迅速；二、結構簡單易懂，穩(wěn)定性強；三、有過載保護裝置，便于自動控制；四、可在任何環(huán)境下工作。（2）此次設計機械手選用了，普通的兩指式夾鉗手指，當然為了使機械可以被更廣的應用，也可以進行手指形式的更換。（3）采用PLC進行機械手的自動控制，跟其它控制